KR100695660B1 - 개선된 처리 유체 유동을 갖는 처리 챔버를 구비하는가공편 프로세서 - Google Patents

개선된 처리 유체 유동을 갖는 처리 챔버를 구비하는가공편 프로세서 Download PDF

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Abstract

마이크로 전자 가공편의 적어도 하나의 표면의 침지 처리 중에 처리 유체의 유동을 제공하기 위한 처리 챔버(610)가 제공된다. 상기 처리 컨테이너는 가공편의 적어도 하나의 표면에 처리 유체의 유동을 제공하는 주 유체 유동 챔버(505)와, 주 유체 유동 챔버에 처리 유체의 유동을 제공하도록 배치된 복수의 노즐(535)을 포함한다. 복수의 노즐은 가공편의 표면을 반경방향으로 가로질러 대략 균일한 수직 유동 성분을 발생시키도록 조합된 수직 및 반경방향 유체 유동 성분을 제공하도록 배치되며 지향된다. 전기 도금을 수행하도록 특히 채택된, 이러한 처리 컨테이너를 사용하는 예시적인 장치가 또한 제공된다. 본 발명의 다른 양태에 따르면, 마이크로 전자 가공편의 침지 처리 중에 주 유체 유동 챔버로부터 유체를 제거하기 위한 개선된 유체 제거 경로(640)가 제공된다.
마이크로 전자 가공편, 처리 유체, 처리 컨테이너, 주 유체 유동 챔버, 노즐

Description

개선된 처리 유체 유동을 갖는 처리 챔버를 구비하는 가공편 프로세서{Workpiece Processor Having Processing Chamber With Improved Processing Fluid Flow}
반도체 웨이퍼 기판, 폴리머 기판 등과 같은 마이크로 전자 가공편(microelectronic workpiece)으로부터 마이크로 전자 부품들의 제조는 상당히 많은 수의 공정을 수반한다. 본원의 목적을 위하여, 마이크로 전자 가공편은, 마이크로 전자 회로 또는 부품, 데이터 저장 소자 또는 층, 및/또는 마이크로 기계 요소가 그 위에 형성되는 기판으로 형성된 가공편을 포함하도록 정의된다.
마이크로 전자 부품(들)을 제조하도록 가공편에 수행되는 다수의 상이한 공정 작업이 있다. 이러한 작업은, 예를 들면, 물질 증착, 패터닝, 도핑, 화학 기계적 폴리싱, 전해 폴리싱 및, 열처리를 포함한다. 물질 증착 공정은 가공편의 표면에 물질의 박층을 증착하는 것을 수반한다. 패터닝은 이러한 부가된 층의 선택된 부분의 제거를 제공한다. 마이크로 전자 가공편의 도핑은 마이크로 전자 가공편의 선택된 부분에 "도펀트(dopant)"로 공지된 불순물을 첨가하여, 기판 물질의 전기적 특성을 변경시키는 공정을 수반한다. 마이크로 전자 가공편의 열처리는 특정 처리 결과를 성취하도록 마이크로 전자 가공편의 가열 및/또는 냉각을 수반한다. 화학 기계적 폴리싱은 조합된 화학/기계적 공정을 통해 물질을 제거하는 것을 수반하며, 반면에, 전해 폴리싱은 전기 화학 반응을 사용하여 가공편 표면으로부터 물질을 제거하는 것을 수반한다.
처리 "공구(tool)"로서 공지된 다수의 처리 장치가 상술한 처리 작업을 실시하기 위해 개발되어 왔다. 상기 공구들은 제조 공정에 사용되는 가공편의 형태 및, 공구에 의해 수행되는 공정 또는 공정들에 의존하여 상이한 구성을 취한다. 미국 몬타나주 칼리스펠 소재의 세미툴 인코포레이티드로부터 입수 가능한 에퀴녹스(상표명) 습식 처리 공구로서 공지되어 있는 하나의 공구 구성은 습식 처리 작업을 실시하기 위하여 가공편 홀더 및 처리 보울(bowl) 또는 컨테이너를 사용하는 하나 이상의 가공편 처리 스테이션을 포함한다. 이러한 습식 처리 작업은 전기도금, 에칭, 세정, 무전해 증착, 전해 폴리싱 등을 포함한다.
상기 에퀴녹스(상표명) 공구의 하나의 구성에 따라서, 가공편 홀더 및 처리 컨테이너는 서로 근접하여 배치되며, 가공편 홀더에 의해 파지된 마이크로 전자 가공편을 처리 컨테이너에 배치된 처리 유체와 접촉시키도록 기능하여 처리 챔버를 형성한다. 그러나, 처리 유체를 가공편의 적합한 부분에 한정하는 것은 종종 문제가 된다. 부가적으로, 처리 유체와 가공편의 표면 사이의 적절한 물질 전달(mass transfer)을 보장하는 것이 어렵게 될 수 있다. 이러한 물질 전달 제어가 없으면, 가공편 표면의 처리는 종종 불균일해 질 수 있다.
종래의 가공편 처리는 처리 유체를 제어된 방식으로 가공편의 표면과 접촉시키는 다양한 기술을 이용해 왔다. 예를 들면, 처리 유체는 제어된 분사를 사용하여 가공편의 표면과 접촉될 수도 있다. 부분 또는 전체적인 침지 공정(immersion processing)과 같은 다른 형태의 공정에서, 처리 유체는 배스(bath)에 잔류하고, 가공편의 적어도 하나의 표면은 처리 유체의 표면과 또는 표면 아래에서 접촉한다. 전기 도금, 무전해 도금, 에칭, 세정, 양극 산화 등은 이러한 부분 또는 전체적인 침지 공정의 예이다.
현존하는 처리 컨테이너는 챔버의 저부에 배치된 하나 이상의 입구를 통하여 처리 챔버로의 연속적인 처리 용액의 연속적인 유동을 종종 제공한다. 확산층 상태의 두께 및 균일성을 제어하도록 가공편 표면에 전체에 걸친 처리 용액의 고른 분포는 예를 들면 하나 이상의 입구와 가공편 표면 사이에 배치된 확산기 등에 의해 실시된다. 이러한 시스템의 일반적인 개요가 도 1a에 도시되어 있다. 확산기(1)는 처리 유체 입구(3)로부터 제공된 유체의 흐름을 가공편(4)의 표면을 가능한 고르게 교차하여 분포시키도록 제공되는 복수의 개구(2)를 포함한다.
비록 확산층 제어에 있어서 상당한 개선이 확산기의 사용으로부터 따를지라도, 이러한 제어는 제한적이다. 도 1a를 참조하면, 마이크로 전자 가공편의 표면에 수직인 증가된 유속의 국부적인 영역(5)은 종종 확산기(1)에도 불구하고 여전히 존재한다. 이러한 국부적인 영역은 일반적으로 확산기(1)의 개구(2)에 대응한다. 이러한 효과는, 유체가 확산기로부터 가공편으로 유동함으로써 유체가 분배되도록 허용되는 거리가 감소되기 때문에, 확산기(1)가 마이크로 전자 가공편(4)에 더욱 근접하게 배치됨에 따라서 증가된다. 이러한 감소된 확산 길이는 국부적인 영역(5)에서의 처리 유체의 보다 집중된 스트림을 초래한다.
본 발명의 발명자들은 가공편의 표면에서의 이러한 증가된 유속의 국부적인 영역이 확산층 상태에 영향을 주어, 가공편의 표면의 불균일한 처리가 따를 있다는 것을 발견하였다. 상기 확산층은 가공편 표면의 다른 영역과 비교할 때 국부적인 영역(5)에서 더욱 얇아지는 경향이 있다. 표면 작용은, 확산층 두께가 감소되어 반경방향으로 불균일한 가공편의 처리가 따르는 국부적인 영역에서 더욱 높은 속도로 발생한다. 확산기 홀 패턴 구성은 또한 전기 도금과 같은 전자 화학적 처리에서의 전기장의 분포에 영향을 주며, 이는 가공편 표면의 불균일한 처리(예를 들면, 전기 도금된 물질의 불균일한 증착)가 유사하게 따를 수 있다.
가공편의 침지 공정에서 종종 마주치는 다른 문제점은 가공편의 표면에서의 기포의 포집(entrapment)에 기인하는 확산층의 붕괴이다. 기포는 처리 설비의 배관 및 펌핑 시스템에서 형성되어, 공정 중에 처리 챔버로 유입되어 가공편의 표면 상의 위치로 이동될 수 있다. 공정은 예를 들면 확산층의 붕괴에 기인하여 이러한 위치에서는 금지된다.
마이크로 전자 회로 및 장치 제조업자들이 제조하는 소자 및 회로의 크기를 감소시킴에 따라, 처리 용액과 가공편 표면 사이의 확산층 상태 전체에 걸쳐 보다 엄격한 제어에 대한 필요성이 보다 중요하게 되었다. 이를 위해, 본 발명자들은, 마이크로 전자 제조 산업에서 현재 사용되는 가공편 처리 공구에 존재하는 확산층 불균일성 및 장애 문제를 처리하는 개선된 처리 챔버를 개발하였다. 하기에 설명하는 개선된 처리 챔버는 전기 도금에 적합한 특정 실시예와 관련하여 설명하지만, 상기 개선된 챔버는 가공편의 표면을 가로질러 프로세스 균일성이 요구되는 어떠한 가공편 처리 공구에서도 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
도 1a는 가공편의 표면을 가로질러 처리 유체의 유동을 분포시키기 위한 확산기를 구체화한 침지 처리 반응기의 개략 다이어그램.
도 1b는 본 발명을 구체화할 수 있는 반응기 조립체의 한 실시예의 단면도.
도 2는 도 1b의 반응기 조립체에 사용될 수 있는 반응기 챔버의 한 실시예의 개략 다이어그램으로서, 반응기 챔버를 통한 처리 유체의 유동과 관련되는 속도 유동 프로파일을 도시하는 도면.
도 3 내지 도 5는 반도체 웨이퍼의 전자 화학적 처리에 특히 채택되며, 도 2에 도시한 속도 유동 프로파일을 성취하기 위해 실시된 완성된 처리 챔버의 특정 구조를 도시하는 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명의 원리에 따라 구성된 하나 이상의 처리 스테이션을 구체화할 수 있는 처리 공구의 2개의 실시예를 도시하는 도면.
마이크로 전자 가공편의 적어도 하나의 표면의 침지 공정 동안 처리 유체의 유동을 제공하기 위한 처리 컨테이너가 설명된다. 처리 컨테이너는 가공편의 적어도 하나의 표면에 처리 유체의 유동을 제공하는 주 유체 유동 챔버와, 주 유체 유동 챔버에 처리 유체의 유동을 제공하도록 배치된 복수의 노즐을 포함한다. 복수의 노즐은 가공편의 반경 방향으로 교차하는 상당히 균일한 수직 유동 성분을 발생시키도록 결합하는 수직 및 반경 방향 유체 유동 성분들을 제공하도록 배열 및 지향된다. 특히 전기 도금법과 같은 전자 화학적 방법을 수행하기에 적합한 이러한 처리 컨테이너를 사용하는 일례의 장치 또한 설명된다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라서, 처리 유체 입구를 통해 처리 컨테이너 내로 처리 유체가 유동하는 처리 컨테이너를 포함하는 마이크로 전자 가공편의 침지 처리를 위한 반응기가 설명된다. 처리 컨테이너는 또한 둑(weir)을 형성하는 상부림(rim)을 가지며, 처리 유체는 처리 컨테이너로부터 방출되도록 둑 위를 넘어 유동한다. 적어도 하나의 나선형 유동 챔버는 둑을 넘어 처리 컨테이너로부터 방출되는 처리 유체를 수용하도록 처리 컨테이너 외부에 배치된다. 이러한 구성은 반응기 위치로부터 사용된 처리 유체를 제거하는 것을 돕는 한편, 제거과정 동안 난류를 감소시키는 것을 도우며, 난류는 유체 유동에 공기를 포함하거나 또는 공기와 처리 유체 사이의 원치않는 정도의 접촉을 발생시킬 수 있다.
(기본 반응기 부품)
도 1b를 참조하면, 반도체 웨이퍼와 같은 마이크로 전자 가공편(25)을 침지 처리하기 위한 반응기 조립체(20)가 도시되어 있다. 일반적으로, 반응기 조립체(20)는 반응기 헤드(30)와, 처리 유체가 배치되며 후술될 대응 처리 베이스(37)를 구비한다. 구체적으로 도시된 반응기 조립체는 특히 반도체 웨이퍼 등의 가공편의 전자 화학적 처리를 수행하기에 적합하다. 그러나 도 1b의 일반적인 반응기 형태는 다른 가공편 및 처리에도 적합하다는 것을 인식될 것이다.
반응기 조립체(20)의 반응기 헤드(30)는 정지 조립체(70) 및 회전자 조립체(75)를 구비한다. 회전자 조립체(75)는 관련 마이크로 전자 가공편(25)을 수용 및 지지하여, 처리 베이스(37) 내의 처리 컨테이너 내의 처리측 하향 방향으로 가공편을 위치시키고, 가공편을 회전 및 스핀시키도록 구성된다. 본원의 실시예가 전기 도금에 적용되기 때문에, 회전자 조립체(75) 또한 전기 도금 동력을 마이크로 전자 가공편의 표면에 제공하는 음극 접촉 조립체(85)를 구비한다. 그러나 반응기 헤드(30) 상의 가공편의 후면 접촉 및/또는 지지가 도시된 전면 접촉/지지 대신에 실시될 수도 있다는 것을 인식될 것이다.
반응기 헤드(30)는, 처리 베이스(37)의 처리 컨테이너 내에서 유지되는 처리 유체와 접촉하도록 도금될 마이크로 전자 가공편을 수용하는 상향 대면 배치로부터 도금될 마이크로 전자 가공편의 표면이 위치되는 하향 대면 배치로 반응기 헤드(30)를 회전시키도록 구성되는 상승/회전 장치상에 장착된다. 단부 작동자(effector)를 구비하는 로봇 아암은 전형적으로 회전자 조립체(75) 상의 위치에서 마이크로 전자 가공편(25)을 위치시키고 회전자 조립체 내로부터 도금된 마이크로 전자 가공편을 제거하기 위해 이용된다. 마이크로 전자 가공편의 로딩 동안, 조립체(85)는 회전자 조립체(75) 상에 마이크로 전자 가공편이 배치되는 것을 허용하는 개방 상태와 후속처리를 위해 마이크로 전자 가공편을 회전자 조립체에 고정하는 폐쇄상태 사이에서 작동된다. 전기 도금 반응기의 환경에서, 이러한 작동으로 또한 접촉 조립체(85)의 전도성 부품들이 도금될 마이크로 전자 가공편의 표면과 전기 결합하게 된다.
개시된 반응기 챔버의 진보성의 관점으로 다른 반응기 조립체 구성이 사용될수 있으며, 상술한 것은 단지 예시적인 것이라는 것을 인식될 것이다.
(처리 컨테이너)
도 2는 처리 베이스(37)의 기본 구조 및 처리 컨테이너 구조로 인한 대응 유속 프로파일 패턴을 나타낸다. 도시된 바와 같이 처리 베이스(37)는 일반적으로 주 유체 유동 챔버(505), 대기 챔버(510), 유체 입구(515), 플리넘(520, pleunm), 대기 챔버(510)로부터 플리넘(520)을 분리하는 유동 확산기(525), 그리고 이 플리넘(520)을 주 유체 유동 챔버(505)로부터 분리하는 노즐/슬롯 조립체(530)를 포함한다. 이러한 부품들은 마이크로 전자 가공편(25)에서 (여기서 전기 도금 용액의) 유동에 반경방향으로 독립한 수직 성분을 제공하도록 협동한다. 도시된 실시예에서, 충돌 유동은 중심축(537) 주위에 집중되며, 마이크로 전자 가공편(25)의 표면에 대해 수직인 거의 균일한 성분을 가진다. 이러한 것은 균일한 질량 유속이 마이크로 전자 가공편 표면에 따르고, 이는 순차적으로 가공편의 균일한 처리를 가능하게 한다.
처리 유체는 컨테이너(35)의 저부에 배치된 유체 입구(515)를 통해 제공된다. 유체 입구(515)로부터 유입된 유체는 비교적 고속으로 대기 챔버(510)로 향한다. 도시된 실시예에서, 대기 챔버(510)는 가속 채널(540)을 포함하고, 처리 유체는 이 가속 채널을 통해 유체 입구(515)로부터 대기 챔버(510)의 유체 유동 영역(545)을 향해 반경 방향으로 유동한다. 유체 유동 영역(545)은, 가속 채널(540)에 인접한 그 입구 영역에서 보다 유동 확산기(525)에 인접한 그 출구 영역 근처에서 단면이 더 넓은 역 U자형 단면을 가진다. 이러한 단면 변화는 처리 유체가 주 유체 유동 챔버(505)로 유입되는 것이 허용되기 전에, 처리 유체로부터 임의의 가스 기포를 제거하는 것을 돕는다. 주 유체 유동 챔버(505)로 들어가는 가스 기포는 대기 챔버(510)의 상부에 배치된 가스 출구를 통해 처리 베이스(37)를 나가는 것이 허용된다(도 2에 도시하지 않았지만 도 3 내지 도 5에 도시된 실시예에 도시).
대기 챔버(510)내의 처리 유체는 궁극적으로 주 유체 유동 챔버(505)에 공급된다. 이를위해 처리 유체는 먼저 대기 챔버(510)의 비교적 고압 영역(550)으로부터 유동 확산기(525)를 통해 비교적 저압 챔버 플리넘(520)까지 보내진다. 노즐 조립체(530)는 수평에 대해 약간의 각도로 배치된 복수의 노즐 또는 슬롯(535)를 구비한다. 처리 유체는 수직 및 반경 방향으로의 유속 성분으로 노즐(535)을 통해 플리넘(520)으로부터 방출된다.
주 유체 유동 챔버(505)는 윤곽 측벽(560) 및 경사진 측벽(565)에 의해 상부 영역에서 한정된다. 윤곽 측벽(560)은 처리 유체가 노즐(535)(특히 최상측의 노즐)로부터 방출되고 마이크로 전자 가공편(25)의 표면을 향하여 상향하여 회전함으로써 유체 유동 분리를 방지하는 것을 돕는다. 구분점(570)을 지나서 유체 유동 분리는 수직 유동의 균일성에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 이와 같이, 경사진 측벽(565)은 윤곽 측벽(560)의 연속 형태를 포함하는 어떤 형태라도 가질 수 있다. 본원의 특정 실시예에서, 측벽(565)은 경사지며, 전자 화학적 처리와 관련된 응용예에서는 하나 이상의 양극/전기 도체를 지지하도록 사용된다.
처리 유체는 환형 출구(572)를 통해 주 유체 유동 챔버(505)로부터 방출된다. 환형 출구(572)로부터 방출된 유체는 폐기를 위한 다른 외부 챔버로 제공되거나, 처리 유체 공급 시스템을 통한 재순환을 위해 공급될 수 있다.
처리 베이스(37)가 전기 도금 반응기의 일부를 형성하는 예들에 있어서, 처리 베이스(37)는 하나 이상의 양극을 구비한다. 실시예에서, 중심 양극(580)은 주 유체 유동 챔버(505)의 하부 부분에 배치된다. 마이크로 전자 가공편(25)의 표면의 주변 가장자리가 윤곽 측벽(560)의 범위를 지나 반경 방향으로 연장하면, 주변 가장자리는 중심 양극(580)으로부터 전기 차폐되며, 감소된 도금이 그 영역에서 발생한다. 그러나, 도금이 주변 영역에 필요하면, 하나 이상의 추가적인 양극이 주변 영역 근처에 채택될 수도 있다. 본원에서, 다수의 환형 양극(585)들은 주변 영역에 전기 도금 전류의 흐름을 제공하도록 경사진 측벽(565)상에 동심의 방식으로 배치된다. 대안적인 실시예는 윤곽 측벽으로부터 마이크로 전자 가공편의 가장자리로 차폐없이 단일 양극 또는 복수의 양극을 포함할 수 있다.
양극(580,585)은 다양한 방식으로 전기 도금 동력이 제공될 수 있다. 예를 들어, 동일 또는 상이한 레벨의 전기 도금 동력이 양극(580,585)에 복합 연결될 수 있다. 대안적으로, 모든 양극(580,585)은 동일 전원으로부터 동일 레벨의 전기 도금 동력들 받도록 연결될 수도 있다. 또한, 각각의 양극(580,585)은 도금막의 저항의 변화를 보상하도록 상이한 레벨의 전기 도금 동력을 받도록 연결될 수도 있다. 마이크로 전자 가공편(25)에 대한 양극(585)의 근접의 장점은 각 양극으로부터 따르는 반경 방향 막 성장에 대한 고도의 제어를 제공하는 것이다.
가스는 처리 유체가 처리 시스템을 통하여 순환될 때 처리 유체에 불필요하게 동반될 수 있다. 가스는 궁극적으로 확산층으로의 그 경로에 존재하는 기포를 형성하며, 가공편의 표면에서 발생할 수 있는 처리의 균일성을 해친다. 이러한 문제점을 감소시킬 뿐만 아니라 주 유체 유동 챔버(505) 안으로 기포의 유입 가능성을 감소시키도록 처리 베이스(37)는 다수의 독특한 특징들을 포함한다. 중심 양극(580)에 대해, 벤추리 관 경로(590)가 중심 양극(580)의 저면과 가속 채널(540)의 비교적 저압 영역 사이에 제공된다. 중심축(537)을 따라서 유동 효과에 더욱 바람직한 영향을 주는 것에 더하여, 이러한 경로는, 중심 양극(580)의 표면에서와 같은 챔버의 하부 부분에 배치된 표면 근처의 처리 유체가 가속 채널(540) 안으로 흡인하여 양극의 표면으로부터 가스 기포를 제거하는 것을 돕는 벤추리 효과가 따른다. 벤추리 효과는 중심축(537)을 따라서 마이크로 전자 가공편의 표면의 중심부분에서 충돌 유동의 균일성에 영향을 주는 흡인 유동을 제공한다. 유사하게, 처리 유체는 표면에 존재하는 가스 기포를 제거하도록 환형 출구(572)를 향하여 반경 방향으로 양극(585)의 표면과 같은 챔버의 상부부분에 있는 표면을 교차하여 급히 지나간다. 또한, 마이크로 전자 가공편의 표면에서의 유체 유동의 반경 방향 성분은 표면으로부터 가스 기포를 제거하는 것을 돕는다.
반응 챔버를 통한 도시된 유동에 대한 많은 처리 장점이 있다. 도시된 바와 같이, 노즐/슬롯(535)을 통한 유동은 상기 마이크로 전자 가공편 표면으로부터 멀리 흐르고, 이와 같이, 확산층의 실질적인 균일성을 방해하는 생성된 유체의 국부적인 수직 유동 성분은 없게 된다. 확산층이 완전히 균일하지 않을지라도, 그 결과 어떠한 불균일성도 비교적 점진적으로 될 것이다. 또한, 마이크로 전자 가공편이 회전되는 이 예들에 있어서, 확산층에 남아 있는 불균일성은 종종 허용되는 한편, 처리 목적을 시종일관 달성한다.
상술된 반응기 디자인으로부터 명백한 바와 같이, 마이크로 전자 가공편에 대한 수직 유동은 마이크로 전자 가공편의 중심 부근에서 약간 더 큰 크기를 가진다. 이러한 점은 상기 마이크로 전자 가공편이 존재하지 않을 때마다(즉, 상기 마이크로 전자 가공편이 유체 내로 하강하기 이전에) 돔 형상 메니스커스(meniscus)를 형성한다. 마이크로 전자 가공편이 처리 용액 내로 하강함으로써, 돔 형상 메니스커스는 기포의 포집을 최소화하는 것을 돕는다.
벤추리 유동 경로로부터 따르는 주 유체 유동 챔버(505)의 저부에서의 유동은 그 중심선에서의 유체 유동에 영향을 준다. 그렇지만, 중심선 유속은 실시 및 제어하는 것이 어렵다. 그러나, 상기 벤추리 유동의 강도는 이러한 양태의 유동에 영향을 주도록 사용될 수 있는 비침입적인 디자인 변수를 제공한다.
상술된 반응기 디자인의 또 다른 장점은 챔버 입구로의 기포 경로에 존재하는 기포가 마이크로 전자 가공편에 도달하는 것을 방지하도록 돕는다는 점이다. 이러한 목적을 위하여, 유동 패턴은 주 챔버 내로 들어가기 바로 전에 용액이 하부로 유동하도록 한다. 이와 같이, 기포는 대기 챔버에 남아서 대기 챔버의 상부에 있는 구멍을 통하여 빠져나간다. 또한, 벤추리 유동 경로(도 3 내지 도 5에 도시된 반응기의 실시예의 설명을 참조)를 덮는 차폐의 사용을 통해 벤추리 경로를 통하여 주 챔버 내로 기포가 들어가는 것을 방지한다. 또한, 대기 챔버로의 상향 경사 입구 경로(도 5 및 이것의 설명을 참조)는 기포가 벤추리 유동 경로를 통하여 주 챔버 내로 들어가는 것을 방지한다.
도 3 내지 도 5는 반도체 마이크로 전자 가공편의 전자 화학적인 처리용으로 특히 적합한 완전한 처리 챔버(610)의 구체적인 구성을 도시하는 도면이다. 특히, 도시된 실시예는 전기 도금을 사용하여 가공편의 표면에 균일한 층의 재료를 증착하는데 적합하다.
도시된 바와 같이, 도 1b에 도시된 처리 베이스(37)는 대응하는 외부 컵(605)을 구비한 처리 챔버(610)로 구성된다. 처리 챔버(610)는 처리 챔버(610)로부터 흘러넘친 사용된 처리 유체를 외부 컵(605)이 수용하도록 외부 컵(605) 내에 배치된다. 플랜지(615)는 예를 들면 대응하는 공구의 프레임으로 고정하기 위하여 처리 챔버(610) 주위로 연장한다.
특히 도 4 및 도 5를 참조하면, 외부 컵(605)의 플랜지는 반응기 헤드(30, 도 1b에 도시됨)의 회전자 조립체(75)와 결합하거나 또는 수용하여 주 유체 유동 챔버(505)에 있는 전기 도금 용액과 같은 처리 용액과 마이크로 전자 가공편(25) 사이에서 접촉을 허용하도록 형성된다. 또한, 외부 컵(605)은 배수 컵 부재(627)가 배치되는 주 원통형 하우징(625)을 포함한다. 배수 컵 부재(627)는 채널(629)을 가지는 외부 표면을 포함하고, 채널을 처리 용액용의 출구로서 작용하는 하나 이상의 나선형 유동 챔버(640)를 주 원통형 하우징(625)의 내측벽과 함께 형성한다. 처리 컵(35)의 상부에 있는 둑 부재(weir member)를 흘러넘친 처리 유체는 나선형 유동 챔버(640)를 통하여 배수되어, 이 유체가 폐기 또는 재순환 및 공급되는 출구(도시하지 않음)로부터 유출된다. 이러한 구성은 처리 용액과 가스가 혼합하는 것을 감소시키고, 따라서 가스 기포가 가공편에 있는 확산층의 균일성에 간섭할 가능성을 부가로 감소시키는 것을 돕기 때문에 유체 재순환을 포함하는 시스템에 특히 적합하다.
도시된 실시예에서, 대기 챔버(510)는 다수의 분리된 부품들의 벽들에 의해 형성된다. 특히, 대기 챔버(510)는 배수 컵 부재(627)의 내측벽과, 양극 지지 부재(697)와, 중간 챔버 부재(690)의 내측벽 및 외측벽 및, 유동 확산기(525)의 외측벽에 의해 형성된다.
도 3b 및 도 4는 상술된 부품들이 함께 반응기를 형성하는 하는 방법을 도시한다. 이러한 목적을 위하여, 중간 챔버 부재(690)는 배수 컵 부재(627)의 내부에 배치되며, 저부에 위치되는 다수의 레그 지지부(692)를 포함한다. 양극 지지 부재(697)는 배수 컵 부재(627)의 내부 주위에 배치된 플랜지를 결합하는 외측벽을 포함한다. 양극 지지 부재(697)는 또한 유동 확산기(525)의 상부에 안착되고 결합되는 채널(705)과, 노즐 조립체(530)의 상부 림 상에 위치되어 이를 결합하는 추가 채널(710)을 포함한다. 중간 챔버 부재(690)는 또한 노즐 조립체(530)의 하부를 수용하도록 치수화 된 중앙 배치 용기(715)를 포함한다. 마찬가지로, 환형 채널(725)은 유동 확산기(525)의 하부를 결합하기 위하여 환형 용기(715)의 외부에 방사상으로 배치된다.
도시된 실시예에서, 유동 확산기(525)는 단일의 부품으로 형성되고, 다수의 수직으로 지향된 슬롯(670)을 포함한다. 유사하게, 노즐 조립체(530)는 단일 부품으로 형성되며, 노즐(535)을 구성하는 다수의 수평으로 지향된 슬롯을 포함한다.
양극 지지 부재(697)는 대응하는 환형 양극 조립체(785)를 수용하도록 치수화 된 다수의 환형 홈을 포함한다. 각각의 양극 조립체(785)는 양극(585, 바람직하게 백금 합금의 티타늄 또는 다른 불활성 금속으로 형성됨) 및 양극(585)의 중앙부로부터 연장하는 도관(730)을 포함하고, 금속 도체는 도관을 통하여 외부 전원에 각각의 조립체(785)의 양극(585)을 전기적으로 접속하도록 배치될 수 있다. 도관(730)은 처리 챔버(610)를 통하여 전체적으로 연장하도록 도시되어 있고, 각각의 피팅(733, fitting)에 의하여 처리 챔버(610)의 저부에 고정된다. 이러한 방법에서, 양극 조립체(785)는 유동 확산기(525), 노즐 조립체(530), 중간 챔버 부재(690), 및 배수 컵 부재(627)를 외부 컵(605)의 저부(737)에 클램핑하도록 양극 지지 부재(697)를 효과적으로 아래로 가압한다. 이러한 것은 처리 챔버(610)의 조립 및 분해를 용이하게 한다. 그러나, 양극에 필요한 전력을 전달하고 챔버 요소를 고정하도록 다른 수단이 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
또한, 도시된 실시예는 양극 지지 부재(697)의 상부 외부에 분리 가능하게 스냅 고정되거나 또는 용이하게 고정되는 둑 부재(739)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 둑 부재(739)는 둑을 형성하는 림(742)을 포함하고, 처리 용액은 둑을 넘어 나선형 유동 챔버(640) 내로 흐른다. 둑 부재(739)는 또한 횡방향 연장 플랜지(744)를 포함하고, 이 플랜지는 반경 방향으로 내향 연장하고 하나 이상의 양극(585)의 일부 또는 그 전체를 덮는 전기장 차폐부를 형성한다. 둑 부재(739)가 용이하게 제거되어 대체될 수 있기 때문에, 처리 챔버(610)는 용이하게 재구성되어 상이한 전기장 형상을 제공하는데 적합하게 될 수 있다. 이러한 상이한 전기장 형상은 특히 반응기가 하나 이상의 크기 또는 형상을 가지는 가공편을 처리하도록 구성되어야만 하는 경우에 특히 유용하다. 또한, 이러한 것은 반응기가 동일한 크기이지만 상이한 도금 영역이 요구되는 가공편을 수용하도록 구성되는 것을 허용한다.
적소에 양극(585)이 있는 양극 지지 부재(697)는 도 2에 도시된 외형의 측벽(560)과 경사 측벽(565)을 형성한다. 상술된 바와 같이, 양극 지지 부재(697)의 하부 영역은 대기 챔버(510)의 상부 내벽을 한정하도록 형상이 이루어지며, 바람직하게 대기 챔버(510)로부터 외부 환경으로 가스 기포가 배출되는 것을 허용하도록 관통 배치되는 하나 이상의 가스 출구(665)를 포함한다.
특히, 도 5를 참조로 하여, 유체 입구(515)는 도면 부호 810으로 도시되고 하나 이상의 체결구(815)에 의하여 중간 챔버 부재(690)에 고정되는 입구 유체 가이드에 의하여 한정된다. 입구 유체 가이드(810)는 유체 입구(515)에서 받은 유체를 중간 챔버 부재(690) 바로 아래의 영역으로 안내하는 다수의 개방 채널(817)을 포함한다. 도시된 실시예의 채널(817)은 상향으로 각이 진 벽(819)에 의하여 한정된다. 채널(817)을 빠져나가는 처리 가압 유체는 채널로부터 상향으로 각이 진 벽에 의하여 한정되는 하나 이상의 추가 채널(821)로 흐른다.
중심 양극(580)은, 노즐 조립체(530), 중간 챔버 부재(690), 및 입구 유체 가이드(810)에 형성되는 중앙 개구를 통하여 상기 처리 챔버(610)의 외부로 진행하는 전기 접속 로드(581)를 포함한다. 도 2에서 도면 부호 590으로 지시된 벤추리 유동 경로 영역은 배수 컵 부재(627)와 노즐 부재(530)의 저부벽을 통하여 진행하는 수직 채널(823)에 의하여 도 5에서 형성된다. 도시된 바와 같이, 유체 입구 가이드(810)와, 특히 상기 상향하여 각이 진 벽(819)은 차폐된 수직 채널(823)을 지나 반경 방향으로 연장하여서, 입구로 들어가는 어떠한 기포도 수직 채널(823)을 통하기보다는 오히려 상향 채널(821)을 통하여 진행한다.
상술한 반응기 조립체는 반도체 마이크로 전자 가공편과 같은 가공편 상에서 다수의 처리를 실행할 수 있는 처리 공구에 용이하게 통합될 수도 있다. 이러한 가공 공구는 미국 몬타나, 칼리스펠 소재의 세미툴 인코포레이티드에서 생산하는 전기 도금 장치인 LT-210TM이다. 도 6 및 도 7은 이러한 통합을 도시하고 있다. 도 6의 시스템은 다수의 처리 스테이션(1610)을 포함한다. 바람직하게, 본 발명에 따라서 구성된 추가적인 침지 화학 처리 스테이션이 사용될 수 있을지라도, 이러한 처리 스테이션은 하나 이상의 헹굼/건조 스테이션과 하나 이상의 전기 도금 스테이션(상술한 것과 같은 하나 이상의 전기 도금 반응기를 포함)을 포함한다. 상기 시스템은 또한 급속 열처리(RTP)에 적합한 적어도 하나의 열 반응기를 포함하는 열처리 스테이션(1615)을 바람직하게 포함한다.
가공편은 중앙 트랙(1625)을 따르는 선형 운동을 위하여 배치되는 하나 이상의 로봇 운반 기구(1620)를 사용하여 처리 스테이션(1610)과 RTP 스테이션(1615) 사이에서 운반된다. 하나 이상의 스테이션(1610)은 특히 인-시투 헹굼(in-situ rinse)을 실행하는데 적합한 구조체를 통합할 수 있다. 바람직하게, 모든 처리 스테이션뿐만 아니라 로봇 운반 기구는 정압에서 여과된 공기가 제공되는 캐비넷에 배치되는 것에 의하여, 마이크로 전자 가공편 처리의 효율성을 감소시킬 수 있는 공중 수송 오염물질을 제한한다.
도 7은 부분(1630)에 위치되고 하나 이상의 열 반응기를 포함하는 RTP 스테이션(1635)이 공구 세트에 통합될 수 있는 처리 공구의 추가 실시예를 도시한다. 도 6의 실시예와는 달리, 이 실시예에서, 적어도 하나의 열 반응기는 전용 로봇 기구(1640)에 의해 도움을 받는다. 상기 로봇 기구(1640)는 로봇 이송 기구(1620)에 의하여 이송되는 가공편을 수용한다. 전용 로봇 기구(1640)는 로봇 운반 기구(1620)에 의하여 운반되는 가공편을 수용한다. 전달은 중간 스테이지의 도어/영역(1645)을 통하여 발생할 수도 있다. 이와 같이, 공구의 다른 부분으로부터 처리 공구의 RTP 부분(1630)을 위생적으로 분리하는 것이 가능하게 된다. 부가적으로, 이러한 구조를 사용하여, 도시된 어닐링 스테이션은 공구 세트를 업그레이드하도록 부착되는 분리 모듈로서 구현될 수 있다. 다른 형태의 처리 스테이션이 RTP 스테이션(1635) 대신에 또는 이에 부가되어 부분(1630)에 위치될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 기본적인 기술 사항을 벗어나지 않고 상술된 시스템에 대하여 수많은 변경이 이루어 질 수 있다. 본 발명이 하나 이상의 특정 실시예를 기준으로 하여서 대체로 상세히 설명되었지만, 상술된 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 변화될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다.

Claims (59)

  1. 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치로서,
    상기 가공편의 표면의 처리를 위한 전기화학적 처리 용액 유동의 표면 수준을 형성하도록 구성된 유동 출구를 구비한 처리 챔버;
    상기 처리 챔버에 있는 제 1 전극, 상기 처리 챔버에 있는 상기 제 1 전극과 동심인 제 2 전극, 및 상기 처리 챔버에 있는 절연 구조; 및
    상기 처리 챔버로부터 흘러넘치는 처리 용액을 수용하도록 상기 처리 챔버의 외부에 위치되는 흘러넘침 용액 포집기(overflow collector)를 포함하고;
    상기 절연 구조의 일부는 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치되는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유동 출구에 처리 용액 유동을 제공하도록 배치되는 복수의 노즐을 부가로 포함하고;
    상기 노즐들은 상기 가공편의 표면에 대해 반경 방향으로 균일한 수직 유동성분을 발생시키도록 결합하는 수직 및 반경 방향 유동 성분들을 제공하도록 구성되는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
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  6. 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 노즐이 수평형 슬롯인, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
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  38. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 제 1 원형 전도 부재를 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 1 원형 전도 부재와 동심인 제 2 원형 전도 부재를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 제 1 원형 전도 부재는 디스크를 포함하고, 상기 제 2 원형 전도 부재는 전도 링을 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  40. 제 38 항에 있어서, 상기 제 1 원형 전도 부재는 제 1 전도 링을 포함하고, 상기 제 2 원형 전도 부재는 제 2 전도 링을 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  41. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 중심 전극을 포함하고, 상기 제 2 전극은 상기 중심 전극 주위의 링-전극을 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  42. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    가공편 홀더와 상기 전극들중의 하나 이상의 사이의 전기장 차폐부를 부가로 포함하고;
    상기 전기장 차폐부는 상기 전극들 중 하나의 일부로부터 가공편의 일부를 차폐하도록 구성되는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 전기장 차폐부는 상기 가공편 홀더의 외주 부분에 정렬되는 환형체를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  44. 제 42 항에 있어서, 상기 전기장 차폐부는 상기 처리 챔버의 중심축에 대해 가로질러 연장하는 플랜지를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  45. 제 42 항에 있어서, 상기 전기장 차폐부는 외부 전극의 일부를 지나 내향하여 연장하는 수평 플랜지를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  46. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극은 서로에 대해 독자적으로 작동할 수 있는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  47. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연 구조는 상기 제 1 전극과 제 2 전극을 기계적으로 지지하도록 구성된 전극 지지부를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  48. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연 구조는 상기 유동 출구를 향해 상향하여 유동하는 상기 전기화학적 처리 용액이 통과하는 중앙 개구를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  49. 제 1 항에 있어서, 상기 흘러넘침 용액 포집기는 외부 용기(vessel)를 포함하고, 상기 처리 챔버는 상기 외부 용기에 있는 내부 용기를 포함하고, 상기 절연 구조는 상기 내부 용기에서 상기 제 1 전극과 제 2 전극을 지지하도록 구성된 절연 지지부를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  50. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 용액의 표면 수준에 대해 일정한 각도로 기울어진 유동 지향기(director)를 부가로 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 유동 지향기는 경사벽과 상기 경사벽을 관통하는 개구를 가지는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  52. 제 1 항에 있어서, 상기 가공편의 표면에 대해 반경 방향으로 균일한 수직 유동 성분을 형성하도록 구성된 유동 부재를 부가로 구비하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  53. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 챔버 위에 위치될 수 있는 헤드 조립체를 부가로 포함하고, 상기 헤드 조립체는 상기 가공편의 외주 부분을 결합하도록 구성된 접촉 조립체를 포함하는 가공편 홀더를 가지는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  54. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 위에 위치될 수 있는 헤드 조립체;
    상기 헤드 조립체에 대해 가공편을 로딩/언로딩하도록 구성된 가공편 취급 로봇 구조를 부가로 포함하고;
    상기 헤드 조립체는 상기 가공편의 외주 부분을 결합하도록 구성된 접촉 조립체를 포함하는 가공편 홀더를 가지는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 장치.
  55. 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법으로서,
    처리 용액 유동과 가공편의 표면을 접촉시키는 단계;
    상기 처리 용액 중에 있는 제 1 전극에 제 1 전위를 인가하는 단계;
    상기 제 1 전극과 동심으로 상기 처리 용액 중에 있는 제 2 전극에 제 2 전위를 인가하는 단계; 및
    상기 제 2 전극에 의해 발생된 전기장의 일부로부터 상기 가공편의 외주 부분를 차폐시키는 단계를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 가공편의 표면에 대해 반경방향으로 균일한 수직 유동 성분을 가지도록 상기 처리 용액 유동을 지향시키는 단계를 부가로 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법.
  57. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 상기 제 1 전위 및 제 2 전위들 중 하나 이상을 변경하는 단계를 부가로 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법.
  58. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 상기 처리 용액 유동을 지향시키는 단계는, 수직 유동 성분과 반경 방향 유동 성분을 따라서 유동을 지향시키는 단계를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법.
  59. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 상기 가공편의 외주 부분의 일부를 차폐시키는 단계는, 상기 제 2 전극 위로 돌출하는 플랜지로 전기장의 일부를 차단하는 단계를 포함하는, 마이크로 전자 가공편의 전기화학적 처리 방법.
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